Iridium Tantal Titanium Anode

Iridium-tantal-titanium anoder er baseret på rent titansubstrat belagt med et kompositoxid af iridium og tantal. Titaniums høje styrke og sejhed kombineres perfekt med iridiums fremragende ledningsevne og korrosionsbestandighed samt tantals stabilitet. Med sine tre kernefordele: lang levetid, høj aktivitet og lavt energiforbrug erstatter iridium-tantal-titanium-anoder hurtigt traditionelle elektroder og bliver "standardkonfigurationen" i elektrolyseindustrien. De ekspanderer også løbende til nye områder som ny energi og miljøbeskyttelse, hvilket driver den globale industrielle transformation mod en grønnere og mere effektiv produktion.

Specifikationer for Iridium-Tantal-Titanium-anoder

Specifikationerne for iridium-tantal-titanium-anoder er ikke begrænset til enkeltdimensionelle parametre, men omfatter snarere et omfattende system af indikatorer, der omfatter tre nøglekategorier: substratdimensioner, belægningsparametre og elektrokemisk ydeevne.

(I) Dimensioner og specifikationer

Titansubstratet, som anodens bærende struktur, skal præcist matche dimensionerne af kundens elektrolytiske celle, reaktor og andet udstyr. Mainstream-specifikationer i branchen er kategoriseret som flade, rørformede og netformede.

PladeanoderAnvendes primært i applikationer med store cellearealer, såsom kobberelektrolyse og galvanisering. Almindelige dimensioner er 500-2000 mm i længden, 300-1000 mm i bredden og 2-5 mm i substrattykkelse. (Tyndere tykkelser kan føre til deformation, mens tykkere tykkelser øger omkostninger og energiforbrug.) Til specialiserede applikationer (såsom småt eksperimentelt udstyr) kan mindre størrelser (f.eks. 100 mm x 100 mm) tilpasses. Store industrielle celler kan splejses sammen for at opnå ekstra store dimensioner på over 2000 mm.

Rørformede anoderVelegnet til anvendelser som vandbehandling og hydrogenproduktion fra vandelektrolyse. De har typisk en ydre diameter på 10-50 mm, en længde på 500-3000 mm og en vægtykkelse på 1.5-3 mm. For at forbedre elektrolytstrømmen har nogle rørformede anoder cirkulære huller med en diameter på 2-5 mm (hulafstand på 20-50 mm).

NetanoderDe anvendes almindeligvis i galvaniseringsindustrien og anvender en netstruktur for at opnå ensartet strømfordeling. Almindelige netstørrelser varierer fra 5 mm × 5 mm til 20 mm × 20 mm (større netstørrelser kan føre til strømkoncentration, mens mindre netstørrelser kan hindre elektrolytstrømmen). Netdiameteren på tråden er 1-2 mm, og den samlede størrelse kan tilpasses produktionslinjens bredde (typisk 1000-3000 mm).

(II) Specifikationer for kernebelægning

Belægningen er det centrale element i iridium-tantal-titanium-anoden. Dens specifikationer omfatter primært sammensætningsforhold, tykkelse og kornstørrelse. Forskellige parametre svarer til forskellige anvendelseskrav:

Forholdet mellem belægningssammensætningKernekomponenterne er IrO₂ (iridiumoxid) og Ta₂O₅ (tantaloxid). Forholdet mellem disse to komponenter skal justeres afhængigt af anvendelsen. For eksempel er IrO₂-forholdet typisk 80%-90% i højaktive anvendelser såsom vandelektrolyse til hydrogenproduktion og forkromning (et højere iridiumindhold indikerer stærkere katalytisk aktivitet). I anvendelser, der kræver høj korrosionsbestandighed, såsom dem, der bruger klorholdige elektrolytter (f.eks. klor-alkaliindustrien og klorholdig spildevandsbehandling), øges Ta₂O₅-forholdet til 20%-30% (et højere tantalindhold indikerer bedre modstandsdygtighed over for klorkorrosion). Til generelle anvendelser (f.eks. generel galvanisering og elektrolytisk raffinering) anvendes et afbalanceret forhold mellem IrO₂:Ta₂O₅ = 7:3.

BelægningstykkelseTypiske tykkelser er 50-100 μm, og tykkelsen skal tilpasses levetiden og strømtætheden. Til vandbehandlingsapplikationer med lave strømtætheder (f.eks. <500 A/m²) kan en belægningstykkelse på 50-60 μm opnå en levetid på 1-2 år. Til kobberelektrolyse og vandelektrolyseapplikationer med høje strømtætheder (f.eks. >1000 A/m²) bør belægningstykkelsen øges til 80-100 μm for at forhindre hurtigt belægningsforbrug og anodefejl.

KornstørrelseBelægningens kornstørrelse er typisk 50-200 nm. Nanoskala-korn (50-100 nm) øger det specifikke overfladeareal (med mere end 30 % sammenlignet med traditionelle mikronkorn) og forbedrer den katalytiske aktivitet, hvilket gør dem velegnede til anvendelser, der kræver høj effektivitet, såsom vandelektrolyse til brintproduktion og fremstilling af nye energimaterialer. Kornstørrelser på 100-200 nm prioriterer stabilitet og er velegnede til langvarig drift, såsom i klor-alkaliindustrien.

(III) Elektrokemisk ydeevne

Elektrokemisk ydeevne er afgørende for anoders stabile drift. Der findes klare industristandarder, og disse krav danner det centrale grundlag for fabrikstestning:

Overpotentiale for iltudviklingI en 1 mol/L H₂SO₄-opløsning ved en strømtæthed på 1000 A/m² skal iltudviklingsoverpotentialet være ≤1.5 ​​V (jo lavere overpotentiale, desto lavere er elektrolyseenergiforbruget). Produkter af høj kvalitet (såsom W-titanium) kan holde denne værdi under 1.4 V, hvilket sparer op til 5%-10% i de årlige elomkostninger pr. celle.

Levetidsstabilitet≥3 år for klor-alkaliindustrien, ≥2 år for elektrolytisk kobber og ≥1 år for vandbehandling. Testningen verificeres gennem en 1000-timers konstantstrømstest, hvor potentielle udsving skal være ≤50 mV. (For store potentielle udsving indikerer ustabilitet i belægningen og potentiel svigt.)

Opløsning af urenhederEfter nedsænkning i en 1 mol/L H₂SO₄-opløsning ved 25°C i 24 timer skal mængden af ​​Ir og Ta opløst i belægningen være ≤0.1 mg/L for at forhindre urenheder i at forurene elektrolytten. (For eksempel kan urenheder i galvaniseringsscenarier forårsage små huller i belægningslaget, og urenheder i farmaceutisk spildevandsbehandling kan påvirke vandkvaliteten.)

Fordele ved W-titanium

Traditionelle iridium-tantal-titanium-anodebelægninger anvender et ensartet sammensætningsdesign. Under høj strømtæthed og stærkt korrosive miljøer er belægningsoverfladen modtagelig for svigt på grund af hurtig udtømning af aktive komponenter. Wstitaniums udviklede gradientbelægningsteknologi opnår en dobbelt forbedring i både levetid og aktivitet:

Design af gradientkomposition

Belægningen er opdelt i tre lag fra substratet til overfladen: et bundlag (iridium: tantal = 5:5), som binder stærkt til titansubstratet og fungerer som en "overgangsstøtte". Et mellemlag (iridium: tantal = 7:3), som balancerer korrosionsbestandighed og ledningsevne. Et overfladelag (iridium: tantal = 9:1) med et højt iridiumindhold og stærk katalytisk aktivitet. Dette gradientdesign forhindrer hurtig udtømning af aktive komponenter i overfladelaget, samtidig med at det sikrer den samlede belægningsstabilitet.

Nanokrystallinsk belægningsstruktur

Ved at kontrollere sintringstemperaturen og opvarmningshastigheden opnår W-titanium en nanokrystallinsk struktur ved at kontrollere IrO₂-Ta₂O₅-kornstørrelsen i belægningen til 50-100 nm. Nanokrystaller øger ikke kun belægningens specifikke overfladeareal (over 30 % højere end traditionelle belægninger), hvilket forbedrer katalytisk aktivitet og revnemodstand, men forlænger også anodens levetid med 50 %-100 % (i den elektrolytiske kobberindustri har traditionelle anoder en levetid på cirka 1-2 år, mens W-titanium-produkter kan nå op på 3-5 år).

Tilpasningsmuligheder

Kravene til iridium-tantal-titanium-anoder varierer betydeligt på tværs af brancher og processer (for eksempel kræver vandelektrolyse til brintproduktion høj iltudviklingsaktivitet, galvanisering kræver lav cellespænding, og vandbehandling kræver modstandsdygtighed over for klorkorrosion). Wstitanium har etableret et skræddersyet forsknings- og udviklingssystem, der gør det muligt at levere skræddersyede løsninger til specifikke scenarier.

Kvalitetskontrol

Wstitanium har etableret et komplet system til sporbarhed af proceskvalitet. Seks nøgleinspektionspunkter implementeres under fremstillingen: inspektion af indgående råmaterialer, inspektion af forbehandling af substrat, inspektion af forberedelse af belægningsopløsning, inspektion af tørring efter belægning, inspektion af belægning efter sintring og inspektion af elektrokemisk ydeevne af det færdige produkt. For at verificere levetiden for iridium-tantal-titanium-anoder byggede Wstitanium en "accelereret ældningstestplatform" – der udfører 1000-timers accelererede tests på anoder i en elektrolyt med en strømtæthed, der er højere end de faktiske driftsforhold (f.eks. 2000 A/m²) og en højere temperatur (f.eks. 80 °C).